電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測方法

國網四川省電力公司超高壓分公司 肖博峰

引言

在當今時代的發展中，電力行業的發展對當今國計民生發展有著重大的影響，電力系統繼電保護的故障狀態監測是保證系統穩定運行的關鍵，是促進電力系統發展進步的有效措施，電力系統的穩定運行更是電力系統發展進步的保障。在當今電力系統運行安全控制技術不斷進步的前提下，通過繼電保護的方式對實現優化控制從而提升其穩定性是當下發展的關鍵。

在電力系統繼電保護二次回路的設計過程中，為有效防止電流串擾以及電壓振蕩等因素對系統的影響，造成電力系統繼電保護二次回路故障輸出的穩定性不好，導致故障發生率較高，從而需要構建優化的電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測模型，結合對電力系統繼電保護二次回路故障特征和信息融合處理，有效提取電力系統繼電保護二次回路故障特征量，在特征分類識別的基礎上進行電力系統繼電保護二次回路故障監測識別，不斷提高故障診斷分析能力。

在以往傳統的監測方法中，電力系統繼電保護二次回路故障監測方法主要是在多參信息量的基礎上進行繼電保護二次回路的故障狀態監測。通過對站控層以及過程層的信息異常特征進行分析，對異常值進行采樣，利用多參信息量的方式實現故障信息監測。對于通過二次回路故障信息特征識別的故障檢測方法，以提取報文中的特征碼為主，預測二次回路的故障情況，從而對故障信息實現有效分析監測。

此外，還有通過系統負載變化情況，在參數分析的基礎上實現對電力系統繼電保護二次回路的監測方法，還有通過量化尋優的方式對電力系統繼電保護二次回路實現有效監測等。但在傳統的監測方法中，無法實現對故障狀態特征參數進行有效分析，得到的監測結果可靠性并不是很高，而且實時性也并不是非常理想。以上述各種方法為基礎，通過不斷改進優化提出在頻譜特征監測的基礎上對電力系統繼電保護二次回路故障狀態進行實時監測的方法。

在科研人員的不斷努力下，提出了一種電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測方法，能夠有效提升當下電力系統運行的穩定性。在該監測方法中，對于故障信息的采集主要通過構建多層分布模型的方式解決，其次結合勵磁磁鏈基波分量的原理進行故障特征信息的融合處理，對繼電保護二次回路故障特征的提取主要通過電流極限圓以及電壓極限特征的方法進行，并通過頻譜監測的方法對故障狀態進行定位監測，有效構建電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時定位監測模型，對電力系統繼電保護二次回路的故障狀態進行實時監測，提高故障狀態監測以及實時診斷的能力。

1 故障數據采集以及特征參數提取

1.1 故障數據采集

在當前的電力系統繼電保護二次回路故障監測中，為有效實現故障狀態實時監測，采用雙端口穩壓控制的方法進行電力系統繼電保護二次回路故障信息的實時監測，首先要合理構建電力系統繼電保護二次回路故障信息采集的分布模型。

在圖1中所示的故障信息采集中，說物理層主要是電力系統繼電保護二次回路故障數據傳輸的模型構建，且在運轉的過程中通過數據鏈路層的傳輸協議從而進行介質訪問；數據鏈路層主要是實現電力系統繼電保護二次回路故障信息各數據端的連接；應用層主要是建立故障程序的編譯融合模型，為響應程序之間實現有效通信；表現層主要是實現電力系統繼電保護二次回路的故障信息融合處理，包括在應用過程中的各種數據格式，加密工作等；網絡層是算法程序的尋址以及路徑選擇等；傳輸層主要是實現計算機主機端到各數據鏈路層的相連[1]。

圖1 故障信息采集的多層分布模型

在故障樣本分布模型中，通常采用電消納及電流參數分析的方法得到繼電保護二次回路的輸出電流平均值：I=|M×N|+U/R。式中：I 為輸出電流平均值，U 為繼電保護二次回路的輸出電壓，R 表示繼電保護二次回路的電阻，|M×N|表示電銷納參數。

對于電力系統繼電保護二次回路故障信息分布集，通常需要結合勵磁磁鏈基波分量的方式進行檢測，需構建完善的電力系統繼電保護二次回路故障信息采集模型，通常以表達式表示：式中：γ 表示電力系統繼電保護二次回路的局部故障節點，通常表示為γ=K(1-S)-2,式中的K、S 均為常數。M 在式中表示信息分布的數據量，完成這些工作才能保證二次回路故障信息進行有效的收集。

1.2 故障特征參數的提取

故障信息的采集結果及采集準確度在很大程度上影響著特征參數的提取，在電力系統繼電保護故障狀態的實時監測中，通常采用雙層調度以及頻譜周期的監測方法進行，得到電力系統繼電保護二次回路故障特征分布的寬度為：T=EX-(2+γ×√I)/m。采用多參量融合的故障診斷方法，從而得到電力系統繼電保護二次回路的故障信息數據的回波監測統計特征量。對于電力系統繼電保護二次回路故障特征參數提取函數，通產以狀態空間融合的方式進行表示，其具體表達式為；D=X∑t=1(x(t)+k(t))/z。在以上表述中，要想實現電力系統繼電保護二次回路故障特征檢測優化，就要對其特征參數進行有效提取，從而進行參數分析。

2 繼電保護二次回路故障狀態實時監測應用

在當下電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測的過程中，實時頻譜特征檢測是較為常用的檢查方法，同時也是實時監測在優化設計中的關鍵，在二次回路檢測中，通常主要有電壓回路檢測以及電流回路檢測，其檢測的簡單示意圖如圖2。

圖2 二次回路檢測

2.1 運行狀態故障監測

在二次回路故障狀態實時監測中可以有效實現運行狀態信息的監測，在實際操作中，包括狀態監測過程中的硬件系統設計、軟件系統以及各采樣值等數據信息的獲取等。此外，還包括電力系統各設備在在運行過程中的運行溫度以及在發生故障時的溫度變化監測。在繼電保護二次回路故障診斷的過程中，對于采樣量的監測在應用過程中主要有差動電流監測及設備支路電流監測，通過對電力系統的實時監測，記錄在不用運行工況下運行環境狀態變化的情況下的狀態信息，確保能夠及時發現電力系統在運行過程中的異常情況，能夠根據相關狀態信息準確分析故障原因，制定科學合理的解決措施[2]。

2.2 鏈路故障監測

電力系統繼電保護鏈路故障的情況相對來說較為復雜，在實際操作中可能造成的故障原因如下：首先系統中的數據信息接收設備，在特定時間內若是無法接收到相應鏈路的運行狀態信息時，系統就會自動發出報警，在通常情況下造成這種原因可能是因為系統中的鏈路發生故障，導致數據信息無法進行正常傳輸，導致繼電保護二次回路信息接收設備出現數據斷層的現象，系統在規定的時間內無法接收到有效的數據信息就會自動發生預警，顯示鏈路貴故障信息。

在實際操作過程中，鏈路故障信息會發送到網絡報文裝置中進行信息處理，最終向系統發送相應的預警指令。通常在繼電保護二次回路的運行過程中，其鏈路發生故障的位置較為確定，隨機性較強，對于操作人員來說是很大的挑戰，需要依靠豐富的實際經驗進行有效的判斷。而在二次回路故障監測診斷應用的過程中，可以有效實現對系統各鏈路全方位、實時性的監測，在故障發生時能夠對其進行準確的定位，能夠幫助維修人員排除正常的運行鏈路，使維修人員在進行檢查后快速制定有效的故障排除方案，從而使線路恢復正常的運行。

2.3 保護動作故障監測

繼電保護二次回路為電力系統穩定運行提供保障，為電力系統的運行提供保護作用，避免因為事故的發生導致電力系統的安全運行受到影響，從而影響電能的質量。在二次回路的保護裝置中，最為核心重要的保護裝置通常分為單重保護裝置以及雙重保護裝置，在單重保護配置中主要依靠網絡報文裝置，對系統的模擬信息量進行處理對比，從而起到監測保護裝置是否正常運行的作用。

雙重保護裝置主要是通過對二次回路執行保護動作的時間以及其效率展開分析，分析電力系統各部分運行的工作狀態以及相應時間，從而監測保護裝置是否處于正常運行狀態。動作保護裝置是繼電保護二次回路的核心部分，二次回路的各項作用是否能夠正常發揮，有很大程度取決于動作保護裝置的運行狀態，故障診斷的實時監測分析能夠準確判斷動作保護裝置是否在發生故障時能夠正常運行，保證電力系統的安全運行[3]。

2.4 交流回路故障監測

在電力系統繼電保護二次回路故障狀態監測中，對交流回路的故障監測主要是通過對回路中的交流量進行分析，從而判斷交流回路的運行狀態。在目前的發展中，電力系統繼電保護二次回路故障監測對于交流回路的監測通常采用雙AD 裝置。在運行過程中，可以實時采集交流回路的各種數據量信息，并采用可靠性較好的雙保護套的形式對采集的數據信息進行對比分析，若是雙保護套的裝置在最終的結論中差異性較小，則通常表明交流回路運行狀態正常，可以正常發揮其作用，若是雙保護套的數據信息對比差異較大則表明交流回路中可能存在故障，需要對其進行故障定位分析、判斷故障類型，制定高效可靠的故障排除方案。

2.5 預警系統故障監測

繼電保護二次回路故障診實時監測電力系統的運行狀態，在此過程中系統若是發生運行狀態異常，預警系統會接受到相應的指令發出故障預警，從而為工作人員提供較為準確合理的預警信息，幫助工作人員在及時制定合理的故障排除計劃，保證系統的安全。在繼電保護二次回路中，采樣值、開關樣以及運行狀態是警報信息的主要組成部分，采樣值通常反映鏈路故障、檢修狀態以及PT/PC 是否存在斷線的問題。運行狀態通常反映出系統某部分閉鎖以及電告警的問題。

開關量故障信息通常包括鏈路在運行過程中是否通暢的問題，檢修的協調性問題等。在運行過程中，當故障監測診斷獲取到相關的故障信息后，通常會根據數據信息的處理分析從而判斷故障的范圍以及引起故障的因素等，為維修人員在制定故障排除方案中提供很大的便利[4]。

綜上，在電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測過程中，要在實踐的基礎上不斷構建優化的電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測模型。通過對電力系統繼電保護二次回路故障特征檢測以及各數據信息的融合處理，在物理層中構建有效的電力系統繼電保護二次回路故障數據傳輸模型，在多參量融合的故障診斷方法基礎上有效構建故障數據模型，進行故障數據檢測。繼電保護二次回路故障狀態實時監測診斷能夠充分掌握二次回路的運行狀態，在運行過程中系統各部分發生異常情況能夠及時發出預警，保障系統的正常穩定運行。